JP3994243B2 - Power converter and its PWM pulse generation method - Google Patents

Power converter and its PWM pulse generation method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの可変速駆動をおこなうインバータ・サーボドライブ等の電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、インバータのPWMパルス発生方法としては、指令電圧と三角波キャリアとを比較してPWMパルスを作り出す方式や、空間ベクトルのベクトル演算によってPWMを作り出す方式が一般的である。すなわち、直流電源の直流電力をインバータ主回路のスイッチング素子の制御によって周波数・電圧(電流)を制御した交流電力に変換して負荷に供給するPWMインバータでは、インバータ主回路の各相スイッチ素子をPWM波形にしたがって制御する。こうした従来のPWMインバータのうち、中性点クランプ型PWMインバータの波形生成回路の代表例としては、例えば、特開平8−98540号に開示されたものがある。
図12にそのPWMインバータの回路図を示す、図の回路は中性点クランプ型PWMインバータの波形生成回路であって、2つの搬送波発生器104A、104Bから発生するキャリヤと、正弦波発生器105から発生する正弦波とをそれぞれコンパレータ106A、106Bでレベル比較し、両コンパレータの出力を加算器106Cで加算して、符号反転回路106Dによって位相を戻すことによって、ハイレベルH、ローレベルL、及び零レベル0とを持つPWM波形を生成する。この信号によってIGBT等のスイッチング素子で構成するスイッチング・アーム(図示していない)を選択的にオン・オフして所望の出力電圧が得られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例における、2レベルあるいは3レベルのインバータで、回生制動時などのインバータの指令電圧が低変調率で、かつ、スイッチ素子に大電流が流れるような動作の場合には、インバータのある特定のスイッチ素子に電流が集中し、スイッチ素子の損失による熱でそのスイッチ素子自身が熱破壊してしまうといった問題があった。
そこで、本発明は、線間電圧に影響ないように零電圧ベクトルの発生時間を調整することで、スイッチング素子に流れる電流による損失をコントロールしてスイッチング素子の熱破壊を防止できるインバータのPWMパルス発生方法および発生装置を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、複数のスイッチ素子を有した直流電力を交流電力に変換する3相3レベルインバータ主回路と、指令電圧と搬送波との振幅を比較してPWMパルスを発生する比較器と、を備えた電力変換装置において、
前記PWMパルスを入力し、変換テーブルを用いて前記PWMパルスのオンオフ比から変調率を求める変調率検出手段と、前記変調率と変調率基準値との比較により、前記変調率が前記変調率基準値を下回る場合のみ、前記指令電圧の全相に同一量の直流オフセット値を加えて指令電圧を上方向あるいは下方向にシフトすることにより、零電圧ベクトルの発生時間を変化させると共に、正母線側の前記スイッチ素子と負母線側の前記スイッチ素子の損失分担を変化させる零電圧ベクトルの発生時間比率手段と、を備えものである。
請求項2記載の発明は、複数のスイッチ素子を有した直流電力を交流電力に変換する3相3レベルインバータ主回路と、相指令電圧と搬送波との振幅を比較してPWMパルスを発生する比較器と、を備えた電力変換装置のPWMパルス発生方法において、前記PWMパルスを入力し、変換テーブルを用いて前記PWMパルスのオンオフ比から変調率を求める、変調率検出処理をし、前記変調率検出処理による前記変調率と変調率基準値とを比較する、比較処理をし、前記比較処理により前記変調率が前記変調率基準値を下回る場合のみ、前記指令電圧の全相に同一量の直流オフセット値を加えて指令電圧を上方向あるいは下方向にシフトさせることにより、零電圧ベクトルの発生時間を変化させると共に、正母線側の前記スイッチ素子と負母線側の前記スイッチ素子の損失分担を変化させる、零電圧ベクトルの発生時間変更処理をすることを特徴とする電力変換装置のPWMパルス発生方法。
【0005】
上記構成によれば、回生制動時などインバータの指令電圧が低変調率でかつ、スイッチ素子に大電流が流れるような動作の場合にインバータのスイッチ素子に集中する電流を線間電圧が零となるスイッチパターンの時間比率を変化させることで防ぐことが可能となり、スイッチ素子の損失による熱破壊を防止しインバータの安全性を向上させることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1〜図6は本発明の第1の実施の形態に係る一例の図である。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る3相2レベルインバータの指令電圧をシフトした場合のPWMパルスを示す図である。
図2は図1に示す指令電圧を逆方向にシフトした場合のPWMパルスを示す図である。
図3は図1に示すPWMパルスの生成装置の一相分の基本回路図である。
図4は図3の回路において生成されるPWMパルスの一例を示す図である。
図5は図4に示すPWMパルスが印加される3相2レベルインバータの主回路図である。
図6は図5に示す3相2レベルインバータの零電圧出力時の状態図である。
図3において、1は三角波キャリア発生器で、2は出力電圧や出力周波数等の情報を含む指令電圧の発生器であり、発生キャリアと指令電圧を比較器3により比較してPWMパルスを作り出すもので、図3には一般的な回路構成を示している。
又、3相2レベルインバータの主回路は図5に示すような回路構成であって、4は直流電源で、5は平滑コンデンサであり、6〜11は上下ペアーで各相U、V、Wのスイッチングアームを形成するスイッチ素子としてのIGBTで、12〜17は各スイッチ素子IGBT6〜11の帰還ダイオードである。
図3に示したように、三角波キャリアと指令電圧を比較器3により比較してPWMパルスを生成するが、例えば、指令電圧が高ければ上段のIGBT(6、8、又は10)をONさせ、低い場合は下段のIGBT(7、9、又は11)をONさせることにより、三相の正弦波状の相電圧が得られる。この場合の線間電圧は相電圧U、V、Wの差電圧である。
また、電動機の回生制動の場合は、発電機動作となってブレーキが掛かり、その回生エネルギーはインバータへ戻され平滑コンデンサ5を充電して直流電圧が上昇するので、放電抵抗回路により放電するか、又は、コンバータ部による回生制御等により処理される。
図3の回路におけるPWMパルス生成の様子を、図4により更に詳しく説明する。ここでは一つの三角波キャリアと3相(U相、V相、W相)の指令電圧3つを比較して各相のPWMパルスを作り出している。
図4において、0n、0p、a、bは3相2レベルインバータの出力するベクトル(例えば、中点を零電圧ベクトルとする回転ベクトル)の名前とし、0n、0pは図6のようにU, V, W 相が短絡された線間電圧が零の電圧ベクトル(零電圧ベクトル)を出力した状態である。0nは、負母線側の3つのスイッチ7、9、11がオンになった状態図6(b)。0pは正母線側の3つのスイッチ6、8、10がオンになった状態図6(a)である。
【0007】
本実施の形態では、この零電圧ベクトルの出力状態を利用してスイッチ素子の損失を低減するものである。0n、0pの零電圧ベクトルを出力している状態は線間電圧からみると全く同じ状態であるので、0n、0pベクトルの発生順序を入れ替えたとしても線間出力電圧には影響はなく、また零電圧ベクトルの総出力時間が同じであれば、0n、0pベクトルの発生時間の比率をかえても線間出力電圧には影響はない。例えば、図4の状態から図1のように3つの指令電圧を同じ量だけ上方向にシフトした場合には、0nベクトルの発生時間が短くなり、0pベクトルの発生時間が長くなる。ここでa、b、ベクトルの発生時間に変化はないので、線間で出力している平均の電圧はシフト前と変化しない。だが0pベクトルの発生時間が長くなるということは、時間平均的に図6(a)の状態が長くなって正母線側のスイッチ素子に電流が流れる比率が大きくなる。つまり正母線側のスイッチ素子の損失が増加して、負母線側のスイッチ素子の損失が減少する。
3相分の指令電圧を同じ量だけシフトするには、指令電圧全体に同じオフセット値を加えることで実施できる。
逆に図4の状態から図2のように3つの指令電圧を同じ量だけ下方向にシフトした場合、0nベクトルの発生時間が長くなり、0pベクトルの発生時間が短くなる。更に、この場合でもa、bベクトルの発生時間に変化はなく、線間出力として出している平均の電圧はシフト前と変化しないが、0nベクトルの発生時間が長くなるということは、時間平均的に図6(b)の状態が長くなって負母線側のスイッチ素子に電流が流れる比率が大きくなって、負母線側のスイッチ素子の損失が増加して、正母線側のスイッチ素子の損失が減少する。
以上のことから、3相の指令電圧をシフトすることによって正母線側のスイッチ素子と負母線側のスイッチ素子の損失分担を変化させることができ、ある特定のスイッチ素子に電流が集中してしまうような場合にはスイッチ素子の損失をコントロールしてスイッチ素子の熱破壊を防止することができる。
例えば、電動機の回生制動時などの低変調率で大電流がインバータに流れる場合に、制御部(図示していない)の制御によってスイッチ素子の損失分担を分散させることによって、機器の安全が確保できる。
【0008】
次に、本発明の第2の実施の形態について図を参照して説明する。
図7は本発明の第2の実施の形態に係る3相3レベルインバータのPWMパルスを示す一例の図である。
図8は図7に示すPWMパルスが印加される3相3レベルインバータの主回路図である。
図9は図8に示す3相3レベルインバータの零電圧出力時の状態図である。
図10は図9に示す零電圧出力時の下段スイッチングアーム・オフの状態を示す図である。
図11は図9に示す零電圧出力時の上段スイッチングアーム・オフの状態を示す図である。
第2の実施の形態の3相3レベルインバータは、図8のような回路構成をしている。Ep19、En20は直流電源Ed18をEd/2に分圧して3レベルの電圧レベルを作成する分圧コンデンサであり、45及び46はコンデンサ19、20の中性点電圧を導出する整流素子(ダイオード)で、21〜24は還流用の整流素子(ダイオード)33〜36を夫々備えたU相一相分のスイッチングアームを構成するIGBTである。
同様にそれぞれ中性点用ダイオード47、48および49、50と、還流ダイオード37〜40、41〜44を夫々備えたスイッチングアーム用IGBT25〜28および29〜32によって、V相およびW相用のスイッチングアームを構成している。
この場合のPWMパルスの発生方法の一例としては、図7のように一つの三角波キャリアと一相あたり二つの指令電圧で計6つの指令電圧とを比較して各相のPWMパルスを作り出す方法がある。図7は低変調率時の状態である。
図7において0n、an、bn、0o、ap、bp、0pは3相3レベルインバータの出力する電圧ベクトルの名前とし、そのうち0o、0n、0pはそれぞれ図9、10、11に示すようにU相、V相、W相が短絡された零電圧ベクトルを出力した状態である。
【0009】
第2の実施の形態の場合も前実施の形態と同様に、この零電圧ベクトルを利用してスイッチ素子の損失を低減する。0n、0o、0pの零電圧ベクトルを出力している状態は相間電圧からみると同じ状態であるので、線間出力電圧には0n、0o、0pベクトルの発生順序を入れ替えたとしても影響はない。
また、前実施の形態と同様に、指令電圧P1〜P3を同じ量シフトした場合には、各零電圧ベクトルの発生時間比率が変化するが線間で出力している平均の電圧はシフト前と変化しない。よって3相3レベルインバータの場合も零電圧ベクトルの発生時間比率を調整することで、3相2レベルインバータと同様に回生制動時等の低変調率時に各スイッチの損失を調整することができ、スイッチ素子の熱破壊を防止することができる。
【0010】
図13は本発明による零電圧ベクトル発生時間比率調整のフローチャートの一例であり、図14は本発明のブロック図の一例である。
図13において、フローがスタートすると、131において変調率を検出し、、132においてその検出値が所定の変調率値より低いかどうかを比較する。
所定の変調率とはこの場合、0.5程度が考えられる。
その結果、▲1▼ 検出値が所定の変調率値より低くなければ、通常のPWM制御を続行する(133)。
▲2▼ 検出値が所定の変調率値より低ければ、零電圧ベクトル発生時間比率調整を行なう(134)。
【0011】
図14は上記フローを実現するための、具体的な回路ブロックの一例である。図14において、直流電源4の直流電力をPWMインバータ主回路90(図5、図8参照)のスイッチングモードの制御によって周波数・電圧(電流)を制御した交流電力に変換し、負荷である電動機Mに供給する。PWMインバータでは、主回路90の各相スイッチ素子をPWM波形にしたがって制御する。このためのPWM波形は図3に記載の三角波キャリア発生器1からのキャリア信号と、指令電圧発生器2の信号とのレベル比較を比較器3により比較してPWMパルスを生成する。このPWMパルスは、ゲート回路93によって、PWMインバータ主回路90のスイッチング素子のターンオンに必要なゲート信号として分配される。91は、インバータ出力から高調波成分を除去するためのフィルタである。
このような回路において、本発明により、変調率検出手段Aを設け比較器3の出力であるPWM波形をこの変調率検出手段Aに入力する。変調率検出手段Aは例えばオン−オフ比対変調率の変換テーブルを備えたメモリとCPUで実現でき、入力されたPWM波形のオン−オフ比から変調率を求める。
求められた変調率は、本発明により設けられた変調率比較手段Bのマイナス端子に入力され、一方、変調率比較手段Bのプラス端子には変調率基準値が入力される。これにより、変調率が基準値より高いときは変調率比較手段Bからは出力が出されず、変調率が基準値を下回ると変調率比較手段Bから出力が出される。
Cは本発明により設けられた零電圧ベクトルの発生時間比率調整手段である。時間比率調整手段Cは指令電圧発生器2の指令電圧をシフトさせる機能をする。したがって、先の変調率比較手段Bから出力が出されるとこの時間比率調整手段Cが作動し、指令電圧発生器2の指令電圧をシフトさせることによって正母線側のスイッチ素子と負母線側のスイッチ素子の損失分担を変化させることができ、ある特定のスイッチ素子に電流が集中してしまうような場合にはスイッチ素子の損失をコントロールしてスイッチ素子の熱破壊を防止することができる。
【0012】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、3相2レベルや3相3レベルのインバータにおいて、低変調率時の線間出力電圧が零となるスイッチパターンの発生時間比率を変化させることで、電流が多く流れている場合のスイッチ素子に発生する損失を調整することが可能になり、スイッチ素子の熱破壊を防止しインバータの安全性を向上させる効果がある。
なお、以上の説明は一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る3相2レベルインバータの指令電圧をシフトした場合のPWMパルスを示す図である
【図2】図1に示す指令電圧を逆方向にシフトした場合のPWMパルスを示す図である。
【図3】図1に示すPWMパルスの生成装置の一相分の基本回路図である
【図4】図3に示す回路において生成されるPWMパルスの一例を示す図である。
【図5】図4に示すPWMパルスが印加される3相2レベルインバータの主回路図である。
【図6】図5に示す3相2レベルインバータの零電圧出力時の状態図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態に係る3相3レベルインバータのPWMパルスを示す図である。
【図8】図7に示すPWMパルスが印加される3相3レベルインバータの主回路図である。
【図9】図8に示す3相3レベルインバータの零電圧出力時の状態図である。
【図10】図9に示す零電圧出力時の下段スイッチアーム・オフの状態を示す図である。
【図11】図9に示す零電圧出力時の上段スイッチアーム・オフの状態を示す図である。
【図12】従来の中性点クランプ型PWMインバータの波形生成回路図である。
【図13】本発明による零電圧ベクトル発生時間比率調整のフローチャートである。
【図14】本発明のブロック図の一例である。
【符号の説明】
1 三角波キャリア発生器
2 指令電圧発生器
3 比較器
4、18 直流電源
5、19、20 コンデンサ
6〜11、21〜32 半導体スイッチ素子
12〜17、33〜50 整流素子
90 PWMインバータ主回路
91 フィルタ
92 電動機
93 ゲート回路
A 変調率検出手段
B 変調率比較手段
C 零電圧ベクトル発生時間比率調整手段
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device such as an inverter / servo drive that performs variable speed driving of a motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a PWM pulse generation method of an inverter, a method of generating a PWM pulse by comparing a command voltage with a triangular wave carrier, or a method of generating a PWM by vector calculation of a space vector is generally used. That is, in the PWM inverter that converts the DC power of the DC power source into AC power whose frequency and voltage (current) are controlled by controlling the switching elements of the inverter main circuit and supplies it to the load, each phase switching element of the inverter main circuit is PWMed Control according to the waveform. Among such conventional PWM inverters, a typical example of a waveform generation circuit of a neutral point clamp type PWM inverter is disclosed in, for example, JP-A-8-98540.
FIG. 12 shows a circuit diagram of the PWM inverter. The circuit shown in FIG. 12 is a waveform generation circuit of a neutral point clamp type PWM inverter. The carrier generated from the two carrier generators 104A and 104B and the sine wave generator 105 are shown. Are compared with each other by the comparators 106A and 106B, the outputs of both comparators are added by the adder 106C, and the phase is returned by the sign inversion circuit 106D, whereby the high level H, the low level L, and A PWM waveform with zero level 0 is generated. By this signal, a switching arm (not shown) constituted by a switching element such as IGBT is selectively turned on / off to obtain a desired output voltage.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional example, in the case of an operation of a two-level or three-level inverter in which the inverter command voltage is low modulation rate and a large current flows through the switch element, such as during regenerative braking, There is a problem that current concentrates on a specific switch element and the switch element itself is thermally destroyed by heat due to loss of the switch element.
Therefore, the present invention adjusts the generation time of the zero voltage vector so as not to affect the line voltage, thereby controlling the loss due to the current flowing through the switching element to prevent the thermal destruction of the switching element. It is an object to provide a method and a generator.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1 is a three-phase three-level inverter main circuit that converts DC power having a plurality of switching elements into AC power, and a comparison that generates a PWM pulse by comparing the amplitudes of the phase command voltage and the carrier wave. And a power conversion device comprising:
The modulation rate is obtained by comparing the modulation rate with a modulation rate reference value by a modulation rate detection unit that inputs the PWM pulse and obtains a modulation rate from the on / off ratio of the PWM pulse using a conversion table. only if below a value, by shifting the directive voltage upward or downward direction by adding the same amount of DC offset values in all phases of the command voltage, the changing time of occurrence of the zero voltage vector, positive bus those having a generation time ratio means zero voltage vector to vary the loss-sharing the switching element of the switching element and the negative bus side of the side, a.
The invention according to claim 2 is a three-phase three-level inverter main circuit that converts DC power having a plurality of switching elements into AC power, and a comparison that generates a PWM pulse by comparing the amplitudes of the phase command voltage and the carrier wave. A PWM pulse generating method for a power conversion device comprising: a modulation rate detecting process for inputting the PWM pulse and obtaining a modulation rate from an on / off ratio of the PWM pulse using a conversion table; A comparison process is performed to compare the modulation factor by the detection process and a modulation factor reference value, and only when the modulation factor is lower than the modulation factor reference value by the comparison process, the same amount of direct current is applied to all phases of the command voltage. By shifting the command voltage upward or downward by adding an offset value, the generation time of the zero voltage vector is changed, and the switching element and negative bus on the positive bus side are changed. Changing the loss-sharing the switching element side, PWM pulse generating method of the power converter, characterized in that the generation time change processing of the zero voltage vector.
[0005]
According to the above configuration, when the command voltage of the inverter has a low modulation rate and the operation is such that a large current flows through the switch element, such as during regenerative braking, the current concentrated on the switch element of the inverter becomes zero. This can be prevented by changing the time ratio of the switch pattern, so that the thermal destruction due to the loss of the switch element can be prevented and the safety of the inverter can be improved.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1-6 is a figure of an example based on the 1st Embodiment of this invention.
FIG. 1 is a diagram showing a PWM pulse when the command voltage of the three-phase two-level inverter according to the first embodiment of the present invention is shifted.
FIG. 2 is a diagram showing a PWM pulse when the command voltage shown in FIG. 1 is shifted in the reverse direction.
FIG. 3 is a basic circuit diagram for one phase of the PWM pulse generator shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a PWM pulse generated in the circuit of FIG.
FIG. 5 is a main circuit diagram of the three-phase two-level inverter to which the PWM pulse shown in FIG. 4 is applied.
FIG. 6 is a state diagram at the time of zero voltage output of the three-phase two-level inverter shown in FIG.
In FIG. 3, 1 is a triangular wave carrier generator, 2 is a command voltage generator including information such as output voltage and output frequency, and the generated carrier and command voltage are compared by a comparator 3 to generate a PWM pulse. FIG. 3 shows a general circuit configuration.
The main circuit of the three-phase two-level inverter has a circuit configuration as shown in FIG. 5, 4 is a DC power supply, 5 is a smoothing capacitor, and 6 to 11 are upper and lower pairs for each phase U, V, W. Reference numerals 12 to 17 denote feedback diodes of the switch elements IGBTs 6 to 11.
As shown in FIG. 3, the triangular wave carrier and the command voltage are compared by the comparator 3 to generate a PWM pulse. For example, if the command voltage is high, the upper IGBT (6, 8, or 10) is turned ON, When it is low, a three-phase sinusoidal phase voltage can be obtained by turning on the lower IGBT (7, 9, or 11). The line voltage in this case is a difference voltage between the phase voltages U, V, and W.
In the case of regenerative braking of the motor, the brake is applied as a generator operation, and the regenerative energy is returned to the inverter and the smoothing capacitor 5 is charged to increase the DC voltage. Alternatively, it is processed by regeneration control or the like by the converter unit.
The manner of PWM pulse generation in the circuit of FIG. 3 will be described in more detail with reference to FIG. Here, one triangular wave carrier and three command voltages of three phases (U phase, V phase, W phase) are compared to generate PWM pulses for each phase.
In FIG. 4, 0n, 0p, a, and b are names of vectors output from the three-phase two-level inverter (for example, a rotation vector having a midpoint as a zero voltage vector), and 0n and 0p are U, This is a state in which a voltage vector with zero line voltage (zero voltage vector) is output when the V and W phases are short-circuited. 0n is a state diagram in which the three switches 7, 9, 11 on the negative bus side are turned on (b). 0p is a state diagram 6A in which the three switches 6, 8, 10 on the positive bus side are turned on.
[0007]
In the present embodiment, the loss of the switch element is reduced by utilizing the output state of this zero voltage vector. The state in which the zero voltage vectors of 0n and 0p are output is exactly the same when viewed from the line voltage. Therefore, even if the generation order of the 0n and 0p vectors is changed, the line output voltage is not affected. If the total output time of the zero voltage vector is the same, changing the ratio of the generation time of the 0n and 0p vectors does not affect the line output voltage. For example, when the three command voltages are shifted upward by the same amount from the state of FIG. 4 as shown in FIG. 1, the generation time of the 0n vector is shortened and the generation time of the 0p vector is lengthened. Here, since the generation times of a, b, and vectors are not changed, the average voltage output between the lines is not changed from that before the shift. However, when the generation time of the 0p vector becomes longer, the state of FIG. 6A becomes longer on a time average, and the ratio of current flowing through the switch element on the positive bus side becomes larger. That is, the loss of the switch element on the positive bus side increases, and the loss of the switch element on the negative bus side decreases.
Shifting the command voltage for the three phases by the same amount can be performed by adding the same offset value to the entire command voltage.
Conversely, when the three command voltages are shifted downward by the same amount from the state of FIG. 4 as shown in FIG. 2, the generation time of the 0n vector becomes longer and the generation time of the 0p vector becomes shorter. Furthermore, even in this case, the generation time of the a and b vectors does not change, and the average voltage output as the line-to-line output does not change from that before the shift, but the generation time of the 0n vector becomes longer. In FIG. 6B, the ratio of the current flowing through the switch element on the negative bus side becomes larger, the loss of the switch element on the negative bus side increases, and the loss of the switch element on the positive bus side increases. Decrease.
From the above, by shifting the three-phase command voltage, the loss sharing between the switch element on the positive bus side and the switch element on the negative bus side can be changed, and the current is concentrated on a specific switch element. In such a case, the switch element loss can be controlled to prevent thermal destruction of the switch element.
For example, when a large current flows through the inverter at a low modulation rate, such as during regenerative braking of an electric motor, the safety of the device can be ensured by distributing the loss sharing of the switch elements under the control of a control unit (not shown). .
[0008]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a diagram showing an example of the PWM pulse of the three-phase three-level inverter according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a main circuit diagram of the three-phase three-level inverter to which the PWM pulse shown in FIG. 7 is applied.
FIG. 9 is a state diagram at the time of zero voltage output of the three-phase three-level inverter shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a state in which the lower switching arm is turned off when the zero voltage is output as shown in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a state in which the upper switching arm is turned off at the time of zero voltage output shown in FIG.
The three-phase three-level inverter of the second embodiment has a circuit configuration as shown in FIG. Ep19 and En20 are voltage dividing capacitors that divide the DC power supply Ed18 into Ed / 2 to create three voltage levels, and 45 and 46 are rectifying elements (diodes) for deriving neutral point voltages of the capacitors 19 and 20. Reference numerals 21 to 24 denote IGBTs constituting switching arms for one U-phase each provided with rectifying elements (diodes) 33 to 36 for reflux.
Similarly, switching for IGBTs 25 to 28 and 29 to 32 for switching arms provided with neutral point diodes 47, 48 and 49, 50 and freewheeling diodes 37 to 40 and 41 to 44, respectively, for V phase and W phase switching. It constitutes the arm.
As an example of the PWM pulse generation method in this case, as shown in FIG. 7, a method of generating a PWM pulse of each phase by comparing a total of six command voltages with one triangular wave carrier and two command voltages per phase. is there. FIG. 7 shows a state at a low modulation rate.
In FIG. 7, 0n, an, bn, 0o, ap, bp, and 0p are names of voltage vectors output from the three-phase three-level inverter, and 0o, 0n, and 0p are U as shown in FIGS. This is a state in which a zero voltage vector in which the phase, the V phase, and the W phase are short-circuited is output.
[0009]
In the case of the second embodiment, similarly to the previous embodiment, the loss of the switch element is reduced using this zero voltage vector. Since the state in which zero voltage vectors of 0n, 0o, and 0p are output is the same as viewed from the phase voltage, the line output voltage is not affected even if the generation order of the 0n, 0o, and 0p vectors is changed. .
Similarly to the previous embodiment, when the command voltages P1 to P3 are shifted by the same amount, the generation time ratio of each zero voltage vector changes, but the average voltage output between the lines is the same as before the shift. It does not change. Therefore, even in the case of a three-phase three-level inverter, by adjusting the generation time ratio of the zero voltage vector, the loss of each switch can be adjusted at a low modulation rate such as during regenerative braking as in the case of the three-phase two-level inverter. Thermal destruction of the switch element can be prevented.
[0010]
FIG. 13 is an example of a flowchart of the zero voltage vector generation time ratio adjustment according to the present invention, and FIG. 14 is an example of a block diagram of the present invention.
In FIG. 13, when the flow starts, a modulation rate is detected in 131, and whether or not the detected value is lower than a predetermined modulation rate value is compared in 132.
In this case, the predetermined modulation rate may be about 0.5.
As a result, (1) if the detected value is not lower than the predetermined modulation factor value, normal PWM control is continued (133).
(2) If the detected value is lower than the predetermined modulation factor value, the zero voltage vector generation time ratio is adjusted (134).
[0011]
FIG. 14 is an example of a specific circuit block for realizing the above flow. In FIG. 14, the DC power of the DC power source 4 is converted into AC power whose frequency and voltage (current) are controlled by controlling the switching mode of the PWM inverter main circuit 90 (see FIGS. 5 and 8), and the motor M as a load is converted. To supply. In the PWM inverter, each phase switching element of the main circuit 90 is controlled according to the PWM waveform. The PWM waveform for this purpose is generated by comparing the level comparison between the carrier signal from the triangular wave carrier generator 1 shown in FIG. 3 and the signal of the command voltage generator 2 by the comparator 3. This PWM pulse is distributed by the gate circuit 93 as a gate signal necessary for turning on the switching element of the PWM inverter main circuit 90. Reference numeral 91 denotes a filter for removing harmonic components from the inverter output.
In such a circuit, according to the present invention, the modulation rate detection means A is provided, and the PWM waveform that is the output of the comparator 3 is input to the modulation rate detection means A. The modulation rate detecting means A can be realized by a memory and CPU having a conversion table of on / off ratio versus modulation rate, for example, and obtains the modulation rate from the on / off ratio of the input PWM waveform.
The obtained modulation rate is inputted to the minus terminal of the modulation rate comparison means B provided by the present invention, while the modulation rate reference value is inputted to the plus terminal of the modulation rate comparison means B. Thereby, when the modulation rate is higher than the reference value, no output is output from the modulation rate comparison unit B, and when the modulation rate is lower than the reference value, an output is output from the modulation rate comparison unit B.
C is a zero voltage vector generation time ratio adjusting means provided by the present invention. The time ratio adjusting means C functions to shift the command voltage of the command voltage generator 2. Accordingly, when an output is output from the previous modulation rate comparison means B, the time ratio adjustment means C is activated, and the command voltage of the command voltage generator 2 is shifted to shift the switch element on the positive bus side and the switch on the negative bus side. The loss sharing of the elements can be changed, and when current concentrates on a specific switch element, the switch element loss can be controlled to prevent thermal destruction of the switch element.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the three-phase two-level or three-phase three-level inverter, by changing the generation time ratio of the switch pattern in which the line-to-line output voltage at the low modulation rate becomes zero, It is possible to adjust the loss generated in the switch element when a large amount of current flows, and there is an effect of preventing the thermal destruction of the switch element and improving the safety of the inverter.
In addition, the above description is an example and this invention is not limited to this.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a PWM pulse when the command voltage of the three-phase two-level inverter according to the first embodiment of the present invention is shifted. FIG. 2 is a diagram in which the command voltage shown in FIG. It is a figure which shows the PWM pulse in the case of doing.
3 is a basic circuit diagram for one phase of the PWM pulse generating device shown in FIG. 1. FIG. 4 is a diagram showing an example of a PWM pulse generated in the circuit shown in FIG.
FIG. 5 is a main circuit diagram of a three-phase two-level inverter to which the PWM pulse shown in FIG. 4 is applied.
6 is a state diagram at the time of zero voltage output of the three-phase two-level inverter shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram showing PWM pulses of a three-phase three-level inverter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a main circuit diagram of a three-phase three-level inverter to which the PWM pulse shown in FIG. 7 is applied.
FIG. 9 is a state diagram at the time of zero voltage output of the three-phase three-level inverter shown in FIG. 8;
10 is a diagram showing a state in which the lower switch arm is turned off at the time of zero voltage output shown in FIG. 9;
11 is a diagram showing an upper switch arm OFF state at the time of zero voltage output shown in FIG. 9;
FIG. 12 is a waveform generation circuit diagram of a conventional neutral point clamp type PWM inverter.
FIG. 13 is a flowchart of zero voltage vector generation time ratio adjustment according to the present invention.
FIG. 14 is an example of a block diagram of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Triangular wave carrier generator 2 Command voltage generator 3 Comparator 4, 18 DC power supply 5, 19, 20 Capacitors 6-11, 21-32 Semiconductor switch element 12-17, 33-50 Rectifier element 90 PWM inverter main circuit 91 Filter 92 Motor 93 Gate circuit A Modulation rate detection means B Modulation rate comparison means C Zero voltage vector generation time ratio adjustment means

Claims (2)

複数のスイッチ素子を有した直流電力を交流電力に変換する3相3レベルインバータ主回路と、指令電圧と搬送波との振幅を比較してPWMパルスを発生する比較器と、を備えた電力変換装置において、
前記PWMパルスを入力し、変換テーブルを用いて前記PWMパルスのオンオフ比から変調率を求める変調率検出手段と、
前記変調率と変調率基準値との比較により、前記変調率が前記変調率基準値を下回る場合のみ、前記指令電圧の全相に同一量の直流オフセット値を加えて指令電圧を上方向あるいは下方向にシフトさせることにより、零電圧ベクトルの発生時間を変化させると共に、正母線側の前記スイッチ素子と負母線側の前記スイッチ素子の損失分担を変化させる零電圧ベクトルの発生時間比率調整手段と、を備えことを特徴とする電力変換装置。
Power conversion comprising: a three-phase three-level inverter main circuit that converts DC power having a plurality of switch elements into AC power; and a comparator that compares the amplitudes of the phase command voltage and the carrier wave to generate a PWM pulse In the device
Modulation rate detection means for inputting the PWM pulse and obtaining a modulation rate from the on / off ratio of the PWM pulse using a conversion table;
By comparison with the modulation rate reference value and the modulation factor, the only case where the modulation rate is below the modulation rate reference value, the upward direction directive voltage by adding the same amount of DC offset values in all phases of the command voltage or A zero voltage vector generation time ratio adjusting means for changing the generation time ratio of the zero voltage vector and changing the loss sharing of the switch element on the positive bus side and the switch element on the negative bus side by shifting downward. the power conversion apparatus characterized by comprising a.
複数のスイッチ素子を有した直流電力を交流電力に変換する3相3レベルインバータ主回路と、相指令電圧と搬送波との振幅を比較してPWMパルスを発生する比較器と、を備えた電力変換装置のPWMパルス発生方法において、Power conversion comprising: a three-phase three-level inverter main circuit for converting DC power having a plurality of switch elements into AC power; and a comparator for comparing the amplitudes of the phase command voltage and the carrier wave to generate a PWM pulse In the PWM pulse generation method of the device,
前記PWMパルスを入力し、変換テーブルを用いて前記PWMパルスのオンオフ比から変調率を求める、変調率検出処理をし、The PWM pulse is input, a modulation rate is detected from the on / off ratio of the PWM pulse using a conversion table, and a modulation rate detection process is performed.
前記変調率検出処理による前記変調率と変調率基準値とを比較する、比較処理をし、Comparing the modulation rate by the modulation rate detection process with a modulation rate reference value,
前記比較処理により前記変調率が前記変調率基準値を下回る場合のみ、前記指令電圧の全相に同一量の直流オフセット値を加えて指令電圧を上方向あるいは下方向にシフトさせることにより、零電圧ベクトルの発生時間を変化させると共に、正母線側の前記スイッチ素子と負母線側の前記スイッチ素子の損失分担を変化させる、零電圧ベクトルの発生時間変更処理をすることを特徴とする電力変換装置のPWMパルス発生方法。Only when the modulation factor is lower than the modulation factor reference value by the comparison process, by adding the same amount of DC offset value to all phases of the command voltage and shifting the command voltage upward or downward, zero voltage is obtained. What is claimed is: 1. A power converter comprising: changing a vector generation time and changing a loss sharing between the switch element on the positive bus side and the switch element on the negative bus side. PWM pulse generation method.
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JP2002345254A (en) * 2001-05-14 2002-11-29 Mitsubishi Electric Corp Controller of power converter
JP3844050B2 (en) * 2001-07-02 2006-11-08 株式会社安川電機 Power converter
JP4492397B2 (en) * 2005-03-14 2010-06-30 株式会社デンソー Three-phase voltage type inverter device
KR20080109826A (en) 2006-04-06 2008-12-17 가부시키가이샤 야스카와덴키 Pwm inverter device
JP5124979B2 (en) * 2006-05-11 2013-01-23 株式会社安川電機 Multi-axis motor controller
ES2671178T3 (en) * 2007-09-25 2018-06-05 Daihen Corporation PWM signal generator and inverter equipped with this PWM signal generator
JP4424421B2 (en) 2008-01-17 2010-03-03 トヨタ自動車株式会社 Electric vehicle control device, electric vehicle equipped with the same, electric vehicle control method, and computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the control method
JP2010063239A (en) * 2008-09-02 2010-03-18 Denso Corp Controller and control system of multiple phase rotating machine
JP5338565B2 (en) * 2009-08-24 2013-11-13 ダイキン工業株式会社 Inverter device
JP6492942B2 (en) * 2015-05-01 2019-04-03 日産自動車株式会社 Inverter control device

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